工程地质学报  2017, Vol. 25 Issue (6): 1574-1582   (3899 KB)    
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  • 收稿日期:2016-12-01
  • 收到修改稿日期:2017-04-07
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    黄明
    张冰淇
    陈福全
    黄治璟
    张旭东
    串珠状溶洞地层中桩基荷载传递特征的数值计算
    黄明①②, 张冰淇, 陈福全, 黄治璟, 张旭东①②    
    ① 福州大学土木工程学院 福州 350116;
    ② 中铁十一局集团有限公司 武汉 430071
    摘要:桩基下穿串珠状溶洞时的承载性状极其复杂,分析桩基荷载传递与溶洞稳定性的耦合响应特征具有重要意义。建立地质模型上述问题进行数值计算,主要得到以下结论:受桩侧荷载传递作用,顶板厚度与溶洞跨度之比小于某一数值时岩层将产生冲切破坏,比例相对较大时剪应力将集中分布并发生冲剪破坏;溶洞的存在使桩侧阻力分布存在多个极值点,其数量与上覆岩层厚度、溶洞数量及底板岩层厚度等相关;溶洞顶板临空面处侧阻力存在迅速衰减段,其范围受卸荷岩层厚度及岩层竖向位移影响较大,当外荷载增大到一定数值以后该区域侧阻力变化较小;中夹岩层处侧阻力极大值位于岩层中部,且随层厚的增大而减小,厚度较小时侧阻力呈等腰三角形对称分布,厚度较大时呈阶梯型分布,厚度越大阶梯跨度越大,分布越均匀;中夹岩层侧阻力分布受桩长变化影响较小,但下部底板侧阻力分布受桩长及外荷载影响较大;中夹岩层的荷载-位移曲线(Q-S')呈抛物线型变化,存在明显的屈服拐点,层厚越大竖向位移越小,相同外荷载作用下桩越长其位移越大;桩径越大,Q-S'曲线拐点对应外荷载越大,对应中夹岩层位移越大,但桩径超过某一值后影响程度逐渐变小。
    关键词串珠状溶洞    桩基    荷载传递    破坏模式    位移    
    NUMERICAL CALCULATION ON LOAD TRANSFER PROGRESS OF PILE FOUNDATION IN BEADED KARST CAVE STRATUM
    HUANG Ming①②, ZHANG Bingqi, CHEN Fuquan, HUANG Zhijing, ZHANG Xudong①②    
    ① College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350116;
    ② China Railway 11 th Bureau Group Co., Ltd., Wuhan 430071
    Abstract: Bearing behaviour of the pile in the beaded karst cave is very complex. It is of great significant to study the response characteristics coupling the load transfer of the pile and the stability of karst cave. Calculation on the bearing characteristics of the pile and the stability of beaded karst cave is made with the Plaxis 2D and Abaqus 3D.The numerical results show that the punching failure happens in the top rock when the ratio of the top rock thickness vs the cave span is small, while punching shear failure happens at larger ratio. There are multiple maxima of the side resistance around the pile because of the existence of the beaded karst carve. The number of the points is related to the top rock thickness, number of the karst carves and the floor rock thickness. The side resistance will fall down quickly around the free face of the top rock. The area size is related to the thickness of the surrounding rock and its displacement. The difference will become small under larger load. The maximum of the side resistance around the middle rock layer locates at the middle, and the maximum value declines with the increase of the middle rock layer thickness. Besides, the side resistance distributes as the isosceles triangle with the thin middle rock layer, while it distributes as ladder shape with thick middle rock layer. The thicker the middle rock layer, the greater the ladder span, and the more uniform distribution of the side resistance. However, the side resistance distribution around the middle rock layer is not related to the length of the pile. Only the side resistance around the floor rock layer is related to the length of the pile and the load value. The curve of load vs displacement of the middle rock layer is parabolic shape, and there is an obvious inflection point in the load-displacement curve. The vertical displacement of the middle rock layer grows with the increase of the length of the pile and the decrease of the thickness of middle rock layer. The greater the diameter of the pile, the greater the external load corresponding to the inflection point of the load-displacement curve, and the greater the vertical displacement of the middle rock layer. However, the influence of the pile diameter changing to the curve will become smaller when the pile diameter is large enough.
    Key words: Beaded karst carve    Pile foundation    Load transfer    Failure model    Displacement    

    0 引言

    尽管岩溶地区桩基使用广泛,但其计算方法却仍然存在诸多问题,特别是相关行业标准,许多并未涉及岩溶地区桩基的具体计算思路,例如《铁路桥涵地基与基础设计规范》,《公路桥涵地基与基础设计规范》,部分也只是给出了岩溶区桩基设计的一般原则,没有明确的操作方法,例如《建筑桩基技术规范》,《建筑地基基础设计规范》等。已有的试验及理论研究也只考虑桩基支承于单溶洞之上时(刘铁雄等,2002金书滨等,2005赵明华等,2007符策简,2010汪华斌等,2013张慧乐等,2013李传宝等,2014),顶板的简化破坏模式及最小安全厚度的计算方法(赵明华等,2007汪华斌等,2013),鲜有考虑桩基下穿多个溶洞时桩基的传力机制及承载性能研究(刘思思等,2013唐国东,2013邹新军等,2013)。事实上,岩溶桩基大部分是下穿多个溶洞后支承于一定厚度的溶洞顶板之上,由此带来的一系列问题却更为复杂:(1)受桩-岩(土)接触面特殊的荷载传递机制影响,不仅桩端下伏溶洞的稳定性难以确保,而且桩周溶洞的稳定性也因桩侧阻力的传递产生变化,与原岩应力作用的情况存在显著差异,在桩侧及桩端荷载传递的作用下溶洞围岩赋存的应力将呈现出更为复杂的状态,其变形与破坏模式难以明确;(2)反之,溶洞的变形或失稳又将导致桩侧岩土体的刚度与强度的弱化,荷载分担比将视桩侧阻力的传递效果而产生变化,桩基的沉降及稳定与下伏单溶洞的情况必然存在较大差异。因此,只有将桩基与溶洞视为耦合体系,分析桩基-串珠状溶洞的耦合扰动响应过程,以及该体系可能出现的失稳特征与形成机制,才能更准确地理解这一复杂地质条件下桩基的工作原理。

    本文拟通过数值软件建立典型的桩基-串珠状溶洞地质模型,通过分级加载分别对溶洞岩体的受力破坏特征以及桩基的承载性状进行数值计算,重点分析桩基下穿串珠状溶洞的荷载传递特征及不同因素的影响规律,揭示桩基-串珠状溶洞的耦合作用过程。

    1 桩基作用下串珠状溶洞岩层的受力性状

    新建渝黔铁路复线龙场坝双线特大桥位于贵阳市境内,桥址处地质复杂,设计全部为钻孔桩,全桥共19跨20个墩台,其中12个墩的桩基础的地质钻孔存在溶洞,若桩基础施工过程中对溶洞的处理不到位,极易影响桩基质量。本文选取工程地质条件较为复杂的4#桥墩5#桩作为分析对象。其设计桩长为41.5m,桩身直径d为1.25m。桩身一次垂直穿过4层溶洞,其简化模型(图 1)。

    图 1 桩基下穿串珠状溶洞的简化模型 Fig. 1 Simplified model of pile in the beaded karst cave

    图 2所示为通过plaxis2D计算得到的桩体穿过溶洞时桩周岩体剪应力归一化分布云图,剪应力主要集中在溶洞和桩端附近,溶洞顶板内的剪应力自顶板中心处开始向两侧边缘发展,形成一条明显的应力路径,此应力路径与水平方向的夹角与其所穿过溶洞顶板的厚度有关,顶板厚度越大则应力路径与水平方向夹角越大。桩基荷载传递作用下顶板和中夹岩层的稳定性影响较大,当岩层厚度与溶洞跨度之比在一定范围内时,顶板或中夹岩层基本产生冲切破坏(图 2),而具有相对较大厚度的顶板则产生显著的冲剪破坏,此时剪应力集中范围更大。

    图 2 溶洞剪应力归一化分布特征 Fig. 2 Distribution characteristics of the normalization of the shear stress in karst cave

    此外,由岩体剪应力特征表明,桩侧岩层对桩侧提供侧阻力,当桩-岩界面胶结效果良好时破坏将发生在岩层内部,诸如冲切或冲剪破坏;桩基荷载的传递首先发生在上部岩层,随着外荷载的逐渐增大且桩侧阻力充分发挥时,桩端阻力也将开始作用,且随着上部荷载的增大而增大,此时桩端岩体将出现一定范围的应力集中现象。

    图 3所示为桩周岩体的竖向位移分布。桩周岩体的影响范围约为5倍桩径,5倍桩径之外的土体几乎不产生影响位移。各溶洞顶板处均产生较大位移,且远大于溶洞侧壁岩体位移。溶洞顶板位移量由顶板中心向两侧逐渐减小,当溶洞顶板临空面产状非水平时,如第一层溶洞顶板所示,其顶板位移极大值轮廓线沿顶板临空面方向分布,当溶洞顶板临空面产状水平时,如第2、3、4个溶洞的顶板,其位移极大值轮廓线从溶洞顶板的上沿中心处斜向下对称发展,其轮廓线与竖直方向呈大约45°的等腰三角形分布。

    图 3 桩周溶洞位移云图 Fig. 3 Displacement of the karst cave around the pile

    2 串珠状溶洞地层中桩基荷载传递特征
    2.1 计算模型及参数

    为了进一步分析桩基下穿串珠状溶洞时的荷载传递特征,下文将结合ABAQUS建立三维地质模型,半结构水平方向宽度取5倍溶洞半径,桩端以下岩层取10倍桩径;选用8节点六面体线性完全积分单元(C3D8)对模型进行单元网格划分,并在溶洞附近和桩侧进行加密(图 4)。

    图 4 单元网格划分 Fig. 4 Mesh elements

    对模型的外侧面法向位移进行固定,竖直方向的位移自由,并对模型底部竖向位移进行固定。对桩周岩层和桩端岩层采用莫尔-库仑模型进行计算,各岩层和界面的参数(表 1)。

    表 1 物理力学参数 Table 1 Physical and mechanical parameters

    2.2 串珠状溶洞桩基的受力性状及桩长的影响

    图 5所示桩长l分别为30d和60d(d为桩基直径)时桩身轴力沿深度的分布。当桩长较短时,轴力沿深度变化的非线性特征不够显著,接近桩端的轴力减小速率大于桩顶范围内轴力的减小速率;当桩体穿过溶洞时,位于溶洞深度处的桩身轴力没有变化,与实际情况相符合。当桩长较长时,轴力沿深度分布的非线性特征极为显著,且受溶洞的影响,轴力在深度方向减小速率发生多次变化,短桩仅在溶洞下部较为明显,而长桩则存在多次复杂变化。随着桩顶荷载的增大桩身截面轴力越大,且分布规律较为相似。以上规律与五府山车站采空区桩板路基中桩的试验测试结果一致,桩身轴力变化趋势从桩顶到桩底逐渐减小,在溶洞或采空区域保持不变(李传宝等,2014)。所不同的是,本次模型有两个溶洞,轴力在深度方向减小速率发生多次变化。

    图 5 不同桩长桩身轴力曲线 Fig. 5 Axial force of the pile with the various length a.桩长l=30d;b.桩长l=60d;c.文献实测桩身轴力分布(李传宝等,2014)

    为了进一步分析桩基的受力性状,得到如图 6所示桩长分别为30d和60d时桩侧阻力沿桩身的分布情况:

    图 6 不同桩长侧阻力分布曲线 Fig. 6 Side resistance distribution of the pile with various length a.桩长l=30d;d.桩长l=60d

    (1) 对桩侧阻力的总体分布情况分析表明,由于桩身刚度较大,桩顶荷载较小时(2000kN)桩侧阻力沿深度范围内便有分布,且存在一定的桩端阻力。溶洞的存在使侧阻力分布与常规桩基有显著差异,侧阻力沿深度方向存在多个极大值,其数量与上覆岩层厚度、溶洞数量、下部岩层厚度等都存在一定联系,极大值大小分布普遍为:中夹岩层>下部底板>上覆岩层。

    (2) 上覆岩层区域。当桩顶荷载较小(2000kN)时,只有桩顶以下8d范围内的桩侧阻力完全发挥出来,其最大值为25kPa左右;随着桩顶荷载的增大,侧阻力逐渐发挥,与常规桩基基本相同,当荷载达到4000kN时,溶洞上覆岩体摩阻力基本发挥,最大侧摩阻力为50kPa,之后大小分布随荷载的增大变化较小,且不受桩长变化的影响。

    (3) 溶洞区域。溶洞空腔处桩身轴力不变,侧阻力为零。溶洞A上部顶板临空面位置由于岩体的卸荷效应,侧阻力存在较小范围的过渡,过渡段面积受卸荷岩层厚度及岩层竖向位移影响较大,当桩顶荷载达到某一数量时该区域基本进入塑性状态,继续加载将不受影响,且区域分布不受桩长变化的影响。溶洞A与溶洞B之间的中夹岩层受力极为复杂,侧阻力总体上呈等腰三角形上下对称分布,且最大侧阻力位置处于岩层中部,此处桩-岩界面的咬合效应要强于上部及下部接近临空面区域;中夹岩层的侧阻力随桩顶荷载变化十分明显,桩顶荷载施加到8000kN时,中夹岩层侧阻力完全发挥,其临界侧阻力约为230kPa,之后随荷载的增大变化较小,此时中夹岩层在分担桩基总体承载力上起到关键作用。此外,桩长的变化对中夹岩层侧阻力的分布也存在影响,桩顶荷载4000kN时,30d和60d桩长对应中夹岩层最大侧阻力分别为50kPa和90kPa。

    (4) 下部岩层区域。溶洞B下部地板处侧阻力沿临空面往深度方向递增,并在较小厚度范围内达到极大值,其递增速率与中夹岩层基本相等,之后随深度的增加侧阻力逐渐减小。对应外荷载较小时(4000kN以下)底板下部侧阻力达到极大值后逐渐衰减至桩端,且荷载越大桩端处侧阻力越大;当荷载较大时(8000kN和12000kN工况),极大值往深度方向存在一突跳减小段。突跳段之后,侧阻分布受桩长的影响极为显著,l=30d时荷载8000kN下部侧阻力单调递减,12000kN对应侧阻力沿深度变化较小,而16000kN对应侧阻力随深度的增大而增加,说明该区域侧阻力仍然有进一步发挥的空间,只有当外荷载足够大且上部侧阻力完全发挥的情况下此处侧阻力才能充分发挥。当桩长l=30d时下部侧阻力将逐渐减小;桩长l较大时(如60d),溶洞底部桩端以上岩层厚度足够大,此时又容易出现常规桩侧阻力的分布规律,即先增大到一定极值以后又逐渐减小;而当荷载较大且桩端岩层特性明显好于桩侧时,此区域桩侧阻力将出现如图 6所示逐渐递增段。

    此外,由计算可知不同桩长情况下,完全发挥桩侧阻力所需的外荷载也不同,当桩长l=30d时,桩顶荷载达到8000kN时桩侧阻力完全发挥,而l=40dl=50d时分别需要12000kN和16000kN,桩长和l=60d时桩顶荷载则要大于16000kN,可见桩侧阻力完全发挥所需外荷载随桩长l的增大而增大。总体上看,桩顶荷载大小的变化对不同深度桩侧阻力的影响较大,且不同深度侧阻力的发挥与所需外荷载的大小有所不同,主要受岩层特性及溶洞位置影响。

    图 7所示为桩身位移分布情况,不同外荷载下桩身位移从上往下逐渐变小。当桩长较小时(l=30d),桩身截面位移随深度增加非线性特征不明显;当桩长较大(l=60d)时,桩身上段(3~35d)桩身位移随深度变化非线性程度不显著,而桩身下段随深度增加非线性现象明显,且减小速率随深度增加而减小。此外,桩长较小时,桩底竖向位移随外荷载的增加而逐渐增大,而桩长达到60d时桩底位移变化较小,且基本接近于零。

    图 7 不同桩长桩身位移曲线 Fig. 7 Vertical displacement distribution of the pile with various length a.桩长l=30d;b.桩长l=60d

    图 8所示,不同桩长对应桩端阻力占总荷载的百分比,随荷载增大的变化规律基本相似,均随外荷载的增大而增大。当外荷载较小时,桩端阻力所占比例的增速较小,所占百分比变化微小;当外荷载进一步增大时,端阻力分担荷载百分比增速变大。此外,由于长桩的总侧阻力较大,因此其桩端阻力占荷载百分比明显小于短桩。

    图 8 不同桩长桩端阻力比 Fig. 8 Tip resistance ratio of the pile with various length

    表 2所示,在各级外荷载作用下,桩的长度越大,桩端阻力所占总荷载比例越小。当桩长l=30d时,随着荷载的不断增大,桩端阻力百分比从52.3%增大到77.3%,表现出明显的端承桩特性;桩长l=40d时,桩端阻力比例从31.4%增长到61.8%,桩端承担了大部分外荷载,同时侧阻力所分担的荷载比例也较大,接近摩擦端承桩的性状;l=50d时,桩端阻力比例由20.8%增长到41.7%,可见大部分的外部荷载都由桩侧阻力所分担,同时桩端所承担的荷载也较大,此时具有端承型摩擦桩的性状;l=60d时,桩端阻力比例从16.8%增长到25.9%,增长幅度仅为9%,外部荷载基本由桩侧阻力承担,表现出明显的摩擦型桩的特性。

    表 2 不同荷载下桩端阻力(kPa) Table 2 Tip resistance under different loads(kPa)

    由于没有针对岩溶区桩基承载力的计算规范,大部分规范都将岩溶区桩基视为端承桩,从本文分析中可以看出,简单地将岩溶桩基视为端承桩是不甚合理的,尤其是当桩身达到一定长度后,完全可以表现出摩擦桩的特性。

    图 9所示为不同桩长条件下外荷载-桩顶沉降(Q-S)曲线和外荷载-中夹岩层沉降(Q-S′)曲线,可知桩顶的荷载-沉降曲线均为缓变型,与娄新资水大桥桩基工程受力性状相似。荷载-沉降曲线在荷载较小时基本呈线性发展,当荷载超过一定值时沉降出现非线性发展(刘思思等,2013)。由于位移控制标准严格,若按桩顶沉降量来确定极限承载力,长桩侧阻力完全发挥所需相对位移较大,此时桩端阻力作用较小,而短桩桩端阻力发挥效果显著,因此较小沉降控制标准下短桩对应的承载力要高。考虑到溶洞稳定性对桩基承载的影响,仅采用桩顶沉降作为指标进行判断则针对性不够强,因此下文将结合中夹岩层随外荷载变化的沉降特性分析,得到外荷载-中夹岩层位移曲线,如图 9b所示中夹岩层位移监测点设在岩层中部上表面。随外荷载增大中夹岩层位移呈抛物线型变化,竖向位移达到一定值时曲线出现明显的拐点,之后中夹岩层进入塑性状态,此时竖向位移随荷载的增大变化相对较小;在相同外荷载作用下,桩长越长中夹岩层的位移越大,Q-S曲线拐点对应的竖向位移越大。各桩长对应曲线拐点之间最大的位移差为1mm左右,可占总位移量的1/3。

    图 9 不同桩长的外荷载-沉降位移曲线 Fig. 9 External load-settlement curves with various lengths of pile a.外荷载-桩顶沉降曲线(Q-S);b.外荷载-中夹岩层沉降曲线(Q-S)

    2.3 中夹岩层厚度变化的影响规律

    图 10所示,中夹岩层不同厚度情况下,桩侧摩阻力依然是从上向下依次发挥。但溶洞中夹岩层的厚度越大,侧阻力极限值越小,溶洞上覆岩层的极限侧摩阻力从50kPa减少到30kPa;中夹岩层极限侧阻力从b=2d的225kPa减小到b=5d的140kPa;当b=2d时中夹岩层侧阻力呈等腰三角形分对称布,而厚度增大到一定时,侧阻力呈阶梯型变化,与刘莎等(2015)所得研究结论一致。同时,中夹层的厚度越大阶梯跨度越大,侧阻力峰值较小,分布均匀,分担的外荷载比例有所提高;溶洞底板以下侧阻力分布规律受中夹岩层厚度变化影响较小,但外荷载为16000kN时侧阻力峰值由130kPa减小为100kPa。

    图 10 不同厚度中夹岩层桩侧阻力曲线 Fig. 10 Side resistance distribution of the pile with various thickness of middle rock layer a.中夹岩层厚b=2d;b.中夹岩层厚b=5d

    图 11所示不同外荷载下中夹岩层的Q-S曲线,当桩顶荷载达到6500kN左右时,曲线均出现拐点,中夹岩层厚度越大,对应竖向位移越小,且各曲线间的位移差很小,拐点间的最大位移差仅0.2mm左右,说明中夹岩层厚度变化对Q-S曲线影响较小。

    图 11 不同厚度中夹岩层的荷载-位移曲线(Q-S) Fig. 11 Load-displacement curves of the middle layer with various thickness(Q-S)

    此外,通过对桩顶Q-S曲线(图 12)及桩端阻力分担比(图 13)分析表明,随着中夹岩层厚度的改变各曲线基本重合,进入塑性状态后,不同厚度中夹岩层所对应的变形略有不同,但影响较小。由此可见,随着中夹岩层厚度的减小,其侧阻力分担比随之减小,但减小的这部分侧阻力将由底部岩体进一步分担,并未直接传递到桩端而增大端阻力。

    图 12 不同厚度下桩顶荷载-位移曲线(Q-S) Fig. 12 Load-displacement curves of the pile with the various thickness of middle rock layer(Q-S)

    图 13 不同厚度条件下桩端阻力比 Fig. 13 Tip resistance ratio of the pile with the various thickness of middle rock layer

    2.4 桩径变化对荷载传递的影响

    图 14所示不同桩径对应桩端阻力占总荷载的分担比。随着桩顶位移的增大桩端阻力分担比也随之增大;相同桩顶位移条件下,端阻力分担比随桩径的增大而增大。桩径D=1d时,桩端阻力的荷载分担比由35%增长到65%,桩径D=1.2d时,端阻力分担比从40%增长到70%,桩径D=1.4d时,端阻力分担比由47%增长到74%,桩径D=1.6d时,端阻力分担比由52%增长到78%,对于桩径较小的单桩(桩径为1d和1.2d),在极限荷载作用下,虽然桩侧阻力分担的外荷载小于桩端阻力,但占总外荷载的1/3左右,不可忽视,此时桩基表现出摩擦型端承桩的特性,对于桩径较大的单桩(桩径为1.4d和1.6d),桩端阻力分担了绝大部分的外荷载,侧阻力可基本忽略,桩基表现出显著的端承桩特性。

    图 14 不同桩径对应的桩端阻力比 Fig. 14 Tip resistance ratio of the pile with various diameter

    图 15所示不同桩径对应的桩顶荷载-位移Q-S曲线,曲线均为渐变型,没有明显的拐点,若按照桩顶位移确定单桩极限承载力,则桩径越大极限承载力越大,且基本呈线性增长。

    图 15 不同桩径的桩顶荷载-位移曲线(Q-S) Fig. 15 Load-displacement curves of the pile with various diameter(Q-S)

    图 16所示为不同桩径对应中夹岩层在各级荷载作用下的位移Q-S′曲线。从图中可以看出4条曲线形态相同,位移随荷载增加呈抛物线型变化,当位移增大到某一值后,曲线出现明显拐点,之后随荷载增大,位移近似线性减小;直径越大,拐点对应外荷载越大,对应的中夹岩层位移越大,但当直径达到一定数值后,将对位移变化影响较小,D=1d,拐点对应的荷载和位移分别为6728kN(2.39mm),而D=1.4d拐点对应为11978kN(3.01mm),D=1.6d拐点对应的荷载和位移分别为14732kN(3.04mm)。

    图 16 不同桩径的中夹层Q-S曲线 Fig. 16 Load-displacement curves of the middle rock layer with various diameters of pile(Q-S)

    3 结论

    本文选取研究串珠状溶洞地层中具有代表性的桩基荷载传递特征,对溶洞地层中其它复杂地质情况具有一定的参考作用。主要结论如下:

    (1) 受桩侧阻力传递作用,岩层厚度与溶洞跨度之比较小时岩层将产生冲切破坏,而超过一定数值将呈冲剪破坏。溶洞顶板位移由顶板中心向两端逐渐减小,当溶洞顶板临空面水平时其极大位移等值线从溶洞顶板的上沿中心处斜向下对称发展,与竖直方向呈约45°的等腰三角形分布。溶洞的存在使桩基轴力分布与常规桩基有显著差异,桩侧阻力存在多个极值点,极值点数量与上覆岩层厚度、溶洞数量及底板岩层厚度均存在一定联系,极值大小顺序通常为中夹岩层>下部底板>上覆岩层。

    (2) 上覆岩层桩侧阻力分布与常规桩基相似,但溶洞顶板临空面处侧阻力存在迅速衰减段,其范围受卸荷岩层厚度及岩层竖向位移影响较大;一般地,中夹岩层厚度较小时侧阻力总体呈等腰三角形上下对称分布,极大值位于岩层中部,而厚度较大时呈阶梯型分布,厚度越大阶梯跨度越大,侧阻力分布越均匀;中夹岩层处侧阻力对外荷载的分担比,随桩顶荷载变化较为显著,但不受桩长变化影响。溶洞下部底板处侧阻力沿临空面往深度方向递增,并迅速达到极大值;外荷载较小时极大值逐渐衰减至桩端,且荷载越大桩端处侧阻力越大,外荷载较大时侧阻力由极大值往深度方向衰减时存在一突跳减小段。

    (3) 外荷载-中夹岩层位移曲线(Q-S)表明,位移随荷载增大呈抛物线型变化,当沉降达到一定值时曲线将出现显著的屈服拐点;相同外荷载作用下桩越长中夹岩层位移越大,中夹岩层厚度越大其竖向位移越小;桩径越大屈服拐点对应外荷载越大,对应的中夹岩层位移越大,但当桩径超过某一数值后影响程度逐渐减小。

    参考文献
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